电力系统稳定分析和计算设计报告.doc
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1、电力系统稳定分析和计算设计报告专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 11电气(2)班 学 号: 姓 名: 目录1电网参数计算- 1 -1.1线路参数的计算和标幺化- 1 -1.2节点信息统计- 3 -2电网潮流计算- 4 -2.1采用Matlab计算电网潮流- 4 -2.2采用PowerWorld进行潮流计算- 6 -2.3PowerWorld仿真结果与Matlab计算结果对比分析- 9 -3手工计算序网及转移阻抗- 10 -3.1负荷、发电机、变压器的处理- 10 -3.2采用网络变换法的具体步骤- 12 -4采用matlab分析计算- 23 -4.1故障1:L45一回的中点处发生三相对称
2、短路- 23 -4.2故障2:L45一回的中点处发生单相接地短路- 26 -4.3等面积法则证明没有极限切除角- 29 -5采用powerworld分析计算- 30 -5.1采用 PowerWorld分析结果(二阶)- 30 -5.2采用Power World分析故障(三阶)- 33 -6发电机模型及励磁调节参数对稳定计算结果的影响- 37 -6.1发电机模型对稳定计算结果的影响- 37 -6.2励磁参数对稳定计算结果的影响- 39 -参考文献- 40 -附录- 41 -附1 PQ分解法的Matlab程序- 41 -附2 Matlab潮流计算结果截图- 45 -附3 powerworld截图-
3、 46 -课程设计题目:电力系统稳定分析和计算 一、 一个220kV分网结构和参数如下:#1#5#4#2#3G25km30km25km12km32km20km500kV站(#1)的220kV母线视为无穷大母线,电压恒定在230kV。图中,各变电站参数如下表:编号类型220kV最大负荷,MVA#1500kV站平衡节点#2220kV站246+j20#3220kV站331+j95#4220kV站238+j92#5220kV站373+j96各线路长度如图所示。所有线路型号均为LGJ-2*300,基本电气参数为:正序参数: r = 0.054/km, x = 0.308/km, C = 0.0116 F
4、/km;零序参数: r0 = 0.204/km, x0 = 0.968/km, C0 = 0.0078 F/km;40C长期运行允许的最大电流:1190A。燃煤发电厂G有三台机组,均采用单元接线。电厂220kV侧采用双母接线。发电机组主要参数如下表:机组台数单台容 量(MW)额定电压(EV)功率因数升压变容量MVAXdXdXqTd0TJ=2H330010.50.853501.850.181.187.786.75当发电机采用三阶模型时,励磁环节(含励磁机和励磁调节器)模型如下(不考虑PSS):上图中参数如下:TR=0,KA=20, TA=0.1,Te=0.1,KE=1, KF=0.05,TF=0
5、.7 发电厂升压变参数均为Vs%=10.5%,变比10.5kV/242kV。不计内阻和空载损耗。发电厂按PV方式运行,高压母线电压定值为1.05VN。考虑该电厂开机三台,所有发电机保留10%的功率裕度。发电厂厂用电均按出力的7%考虑。稳定仿真中不考虑发电厂的调速器和原动机模型。负荷采用恒阻抗模型。二、 设计的主要内容:1、进行参数计算和标幺化,形成潮流计算参数;2、用Matlab编制潮流计算程序,要求采用P-Q分解潮流计算方法。3、用PowerWorld软件进行潮流计算并与自己编制的软件计算结果进行校核和分析;4、设#4和#5母线之间双回线路中一回的中点分别发生以下2种故障:1) 1s时发生三
6、相短路,1.1s同时切除故障线路三相;2) 1s时单相接地短路,1.1s时同时切除故障线路三相。1.9s时三相重合闸。因重合于永久性故障,2.1s时再次切除故障线路。试手工计算序网以及用网络变换法求解转移阻抗;5、用Matlab编制稳定计算程序(三台机可并联等值成一台机),发电机采用二阶经典模型(注:用ode45函数即可求解)。要求给出网络变换法求解转移阻抗的变换过程图;要求输出发电机功角,角速度,以及基于等面积定则的加速面积和减速面积(算加减速面积只要求三相故障情况)。 6、针对问题4的故障方案,给出摇摆曲线,并计算故障的极限切除时间和极限切除角。与PowerWorld软件的分析结果进行比较
7、校核。7、用PowerWorld作为分析工具,发电机采用三阶模型,对第6步的故障方案进行稳定计算,给出摇摆曲线,并计算故障的极限切除时间。8、比较两种模型的仿真结果,分析发电机模型选择对于稳定计算结果的影响。9、分析励磁调节系统参数变化对于稳定计算结果的影响;10、编制课程设计报告。三、 设计要求和设计成果:1、2位同学为一组,自行分工,但任务不能重复;2、每位同学对自己的设计任务编写课程设计说明书一份;3、一组同学共同完成一份完整的设计报告;2、设计说明和报告应包含: 以上设计任务每一部分的计算过程和结果分析; 所编制的潮流和稳定计算源程序(主要语句应加注释); 潮流计算结果(潮流图) 稳定
8、计算的功角曲线等; 网络变换法求解转移阻抗的变换过程图。附注: ODE函数说明Matlab提供了一阶常微分方程组求解的系列函数:ode*。包括:ode45, ode23, ode113等,还有针对刚性系统的ode15s,ode23s等。这里可采用ode45编程(大家也可选择和对比其它函数,不同编号采用的数值积分算法不同)。函数形式:t, y=ode45(odefun,t1,tf,x0,options);说明:odefun:列向量1*n,通过函数计算柄输出的微分方程的右端项;t1,tf: 分别制定积分的时间起点和终点;x0:列向量1*n,状态变量初值options:微分优化参数,是一个结构体,使
9、用odeset可以设置其具体参数,详细内容查看帮助。t:为时间列向量1*my为状态变量计算结果矩阵,m行代表时间点,n列代表n个状态变量的时间序列值。例如,求解如下微分方程:初值为x1=1,x2=0从0s积分到3s,步长:0.1s则,首先定义函数myfunc,计算微分方程右端项的值:function dx=myfunc(x) dx=x(2) 2*sin(x(1) ;Ode45函数引用如下:x0= 1, 0options=odeset;options.reltol=1e-8; t,y=ode45(myfunc,0,3,x0,options)华南理工大学电力系 电气工程和及其自动化 专业课程设计(
10、论文)任务书兹发给2011级电气2班学生 夏宇、吴冬皓 课程设计任务书,内容如下:1. 课程设计题目: 电力系统稳定分析和计算 2. 应完成的项目:A. 用Matlab编制PQ分解法潮流计算程序,完成典型运行方式的潮流计算并进行分析;B. 用PowerWorld软件对自己编制的软件计算结果进行校核和分析;C. 用Matlab编制稳定计算程序,发电机采用二阶经典模型,要求给出网络变换法求解转移阻抗的变换过程图;D. 选择2-3种故障方案,计算故障的极限切除时间和极限切除角;E. 用PowerWorld做为分析工具,发电机采用三阶模型,对上面的2-3种故障方案进行稳定计算,计算故障的极限切除时间,
11、分析发电机模型选择对于稳定计算结果的影响,并且分析励磁调节系统参数变化对于稳定计算结果的影响。3. 参考资料以及说明A. 电力系统分析(上、下册)华中科技大学出版B. 发电厂电气部分高等学校教材C. 电网调度运用技术东北大学出版社D. PowerWorld 使用手册E. 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用4. 本毕业设计(论文)任务书于2014年12月22日发出,应于2015年 1 月 5 日前完成,然后提交课程考试委员会进行答辩。系主任 批准 年 月 教员组主任 审核 年 月 日指导老师 签 发 2014 年 12月 22日1 电网参数计算1.1 线路参数的计算和标幺化图
12、1 电网的等效线路图待求解电网的基准功率取为100MVA,基准电压220kV,则有 (1)线路的正序参数: (2)线路阻抗标幺值计算公式: (3)线路等值电纳标幺值计算公式: (4)当线路为双回线路时,线路阻抗为单回线线路的一半,导纳为单回线路的两倍。各线路参数的标幺化计算如下:线路L12长度30km,则:Z12=0.530(0.054+j0.308)=(0.81+j4.62) B12=22500.01163010-6=2.1854410-4S 标幺值:Z12*=(0.81+j4.62)100/2302=0.00153+j0.00873 B12*=2.1854410-42302/100=0.1
13、1561线路L23长度12km,则:Z23=0.512(0.054+j0.308)=(0.32+j1.848) B23=22500.01161210-6=8.7417610-5S 标幺值:Z23*=(0.324+j1.848)100/2302=0.00061+j0.00349 B23*=8.7417610-52302/100=0.04624线路L36长度32km,则:Z36=0.532(0.054+j0.308)=(0.864+j4.93) B36=22500.01163210-6=2.3311410-4S 标幺值:Z36*=(0.864+j4.928)100/2302=0.00163+j0.
14、00932 B36*=2.3311410-42302/100=0.12322线路L64长度20km,则:Z64=0.520(0.054+j0.308)=(0.54+j3.08) B64=22500.01162010-6=1.4569610-4S 标幺值:Z64*=(0.54+j3.08)100/2302=0.00102+j0.00582 B64*=1.4569610-42302/100=0.07707线路L45长度25km,则:Z45=25(0.054+j0.308)=(0.675+j3.85) B45=2500.01162510-6=1.821210-4S 标幺值:Z45*=(0.675+j
15、3.85)100/2302=0.00128+j0.00728 B45*=1.821210-42302/100=0.09634线路L51长度25km,则:Z51=25(0.054+j0.308)=(0.675+j3.85) B51=2500.01162510-6=1.821210-4S 标幺值:Z51*=(0.675+j3.85)100/2302=0.00128+j0.00728 B51*=1.821210-42302/100=0.09634综上,电网的线路参数的有名值和标幺值如下表所示:表1.1 线路参数的标幺值和有名值统计线路名长度/km有名值 标幺值阻抗Z/导纳B/S阻抗Z*/导纳B*/S
16、L122300.81+4.62j2.185410-40.00153+0.00873j0.11561 L232120.324+1.848j8.741810-50.00061+0.00349j0.04624 L362320.864+4.928j2.331110-40.00153+0.00874j0.12332 L642200.54+3.08j1.457010-40.00061+0.00350j0.07707 L452250.675+3.85j1.821210-40.00153+0.00875j0.09634 L512250.675+3.85j1.821210-40.00061+0.00351j0.
17、09634 线路零序参数的标幺值计算与正序相似,如表1.2所示。表1.2 线路零序参数的计算线路名长度/km 标幺值阻抗Z*/导纳B*/SL122300.00578+0.02745j0.1157 L232120.00231+0.01098j0.0463 L362320.00617+0.02928j0.1234 L642200.00386+0.0183j0.0771 L452250.00482+0.02287j0.0964 L512250.00482+0.02287j0.0964 故障L45250.00241+0.01144j0.04821.2 节点信息统计在给定的220kV网架中共有6个节点,
18、其中节点1是500kV变电站,为平衡节点,视为无穷大系统,电压稳定在230kV,即1.0VN。节点2、3、4、5均为PQ节点,并且带有一定的负荷。此外,节点6为PV节点,由于发电机并不总是满载运行,在正常运行时,考虑到7%的厂用电,因而发电机机组发出的总有功功率为:满载运行时, P=31-7%1-10%=753.3MW (5)于是,当发电机机组满载时,每台机组的出力为837/3=279MW,发电机机端额定电压为10.5kV,出线侧的高压母线电压稳定在1.05VN,各个节点的参数信息如表1.3所示。表1.3 各节点参数一览表编号123456节点类型平衡节点PQ节点PQ节点PQ节点PQ节点PV节点
19、有功功率P/MW246331238373837无功功率Q/MVar20959296电压V/kV2302422 电网潮流计算2.1 采用Matlab计算电网潮流先进行电网的等效线路参数的计算与标幺化,形成节点导纳矩阵。然后利用各个节点的类型信息,利用PQ分解法进行电网潮流计算。本文编写了基于Matlab平台的PQ分解法计算程序,对电网进行了潮流计算,得出了系统稳定时各节点的电压,以及线路损耗等,分析了系统稳定运行时各线路的输送功率。2.1.1 网络信息处理形成电网线路的节点导纳矩阵是进行潮流计算前必须要做的准备。首先利用线路的标幺值参数整合成矩阵,使其包含线路的所有信息,再形成节点导纳矩阵。具体
20、如下:构造支路信息矩阵B1,每一行代表一条线路,每行中的各元素表示线路不同的信息(注:节点G记为节点6):1、支路首端节点号;2、支路末端节点号;3、支路阻抗标幺值;4、支路对地电纳标幺值;本题形成的B1矩阵见附录。构造节点信息矩阵B2,题目给定的网络共有6个节点,本文编程中的B2矩阵为65的矩阵,每一行代表一个节点的信息,每一行中的各元素的含义:1、该节点编号;2、该节点的负荷有功功率(负荷为负,发电机为正);3、该节点的负荷无功功率(负荷为负,发电机为正);4、PV节点电压给定值和PQ节点的初始值;5、节点类型(其中,1表示平衡节点,2表示PQ节点,3表示PV节点)。待求解网架中,1号节点
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